断层破碎带的注浆技术

添加人：admin 发布时间：2015/11/13 11:51:25 来源：中国破碎机网

　　断层破碎带技术胡滨（开滦建设集团公司河北唐山063000）其应用，并通过实例分析如何提高注浆效率，达到注浆目的。
　　注浆技术在煤炭、冶金、交通、建筑等建设工程中，是水害治理、加固岩层的重要手段之一，现已成为地下工程建设中卓有成效的专用技术。注浆工程就是利用一定的注浆设备、机具和输浆管路形成注浆系统，将注浆材料注人到地层的裂隙、孔隙、洞穴之中，达到堵水、帷幕防渗、加固围岩的作用。
　　注浆技术根据受注地层的岩性、构造及注浆目的可分为基岩帷幕注浆、陷落柱充填注浆和破碎带加固注浆。下面单就断层破碎带注浆进行技术总结。
　　2断层破碎带的工程地质和水文地质特征工程地质特征断层带是断层运动的应力集中部位，由此断层带形成了不同于其他部位的特殊地质形态，其中发育着一系列密集的破裂面，或者杂乱堆积着由断层运动形成的岩石碎块、碎屑及后来充填的断层泥等物，再加上张节理、剪节理等伴生构造，工程地质条件相当复杂。
　　2水文地质特征根据其导水性，断层一般可分为导水断层和非导水断层，由于断层破碎带岩石松散、破碎、杂乱无章，即使是非导水断层，经过开掘、机械振动等外力作用后，也会变成导水通道，将其他含水层的水导人，致使巷道被淹、矿井停产。因此工程上都预留断层保护区域，若必须穿过时，一般应进行断层破碎带的加固和堵水。
　　3断层破碎带的注浆技术在井巷、隧道、硐室开凿工程中，当遇到断层破碎带、软岩或细小裂隙含水层等复杂地质条件时，采用注浆堵水和加固技术是卓有成效的。有2种情况：第一种是原生态的阻水断层，效果；第二种情况是在开凿施工时，发生过突水、冒落或大量涌泥的事故，使断层破碎带受到严重的破坏和扰动，从而增加了注浆的难度。一般可通过以下方法来达到注浆目的。
　　3.1提高断层破碎带的可注性原生态的阻水断层破碎带，水泥浆在这种地层中可注性差，因而降低堵水和加固效果，为了获得理想的堵水加固效果，国外通常使用超细水泥或化学浆液作为注浆材料。根据我国的实际情况，使用普通水泥，加上特殊的注浆技术措施进行施工，也取得了良好的效果。
　　*156* ST山建设工程新进展2005全国矿山建设学术会议文集（下册）压裂法注浆，也就是劈裂注浆或挤压注浆，利用浆液的传压作用在含水层中挤开通道，造成裂隙之间的相互沟通或扩大细小裂隙的开度，以提高岩层的可注性。该法是在注浆初期以稀浆为主，一般水灰比为34，稀浆液中的水泥颗粒在脉冲压力的作用下对压开和沟通的裂隙能够起到支撑作用，一旦压开或扩大裂隙后即转入注浆阶段。通常采用缓慢升压方法找出注浆泵排量明显增大时的压力值作为注浆压力。压开裂隙时间一般需1020min，一压开裂隙，压力就会有所下降，这时进人正常注浆。为防止压开裂隙重新闭合而影响注浆量，应该连续注浆，避免中途停泵。
　　所谓预处理法，就是在注浆之前先向孔内压人经过稀释的水玻璃溶液（浓度18 25Be），由于水玻璃注到岩石裂隙后，对裂隙面有很大的润滑作用，所以能够提高岩层对浆液的吸收能力，可以明显增加注人量。每次注浆施工的顺序是压水―压稀释水玻璃―压人不少于水玻璃的水*注浆。
　　采用同层钻进轮流交替注浆，使高压浆液通过软弱岩层串通其他钻孔，进行置换和挤压作用，也可以明显增加注人量。例如将同组几个钻孔达到相同的层位，分别对各孔轮流注浆，这样高压浆液将通过软弱岩层界面和其他两孔沟通，并将杂质等物推进其他各孔，使浆液充填被置换的通道。当有浆液从其他钻孔冒出时，立即关闭钻孔，继续注浆，使浆液进一步扩散，压实地层。
　　限制浆液的扩散在断层破碎带注浆，尤其是在水灾害处理时，如果浆液扩散太远，则会浪费注浆材料，延长工期，降低注浆效果，可以采用以下措施限制浆液的扩散。
　　初期注浆注人量很大，先使浆液充填空洞和极松散部位，待这些部位基本被浆液凝固体占据后，再采用定量注浆、多次复注的注浆工艺，这样既可节约注浆材料，又可以提高注浆效果。
　　3.2.2合理选择注浆材料、浆液配比采用综合注浆技术，根据实际情况选择各种注浆材料及浆液的各种配比。可以选择使用单液水泥浆、水泥一水玻璃双液浆、水泥速凝浆、粘土水泥稠化浆等浆液，或根据情况加人惰性材料，如砂子、锯末等。基本原则是先浓浆后稀浆，先其他浆液后单液浆，直至达到注浆目的。
　　2.3减小注浆段高为达到目的层位注浆，可以适当减小注浆段高，这样可以增大注浆目的性，提高注浆效果。
　　* 3.2.4延长复注时间通过适当延长复注时间，可以提高浆液凝胶程度，限制浆液扩散距离。
　　山东某铁矿是一个新型矿井，设计能力为年产50万t.在一245m运输平巷开掘时，遇见断层破碎带，迎头遭遇突水而造成淹井，水位一97m，在排水量600m3/h，前后累计排巷道及硐室的设计与施工水120万m3时，最大降深100m，停止排水后，水位平衡于一155m处。
　　在一245m平巷突水后，矿方请专家对出水情况进行了分析，结合水质分析报告，认为突水水源来自矿体底部的奥陶系石灰岩含水层。突水通道有2种可能，其一是矿体与奥陶系灰岩之间有断层存在，破坏了岩层的连续性，断层破碎带成为奥灰水进人矿体的通道；其二是可能有小型的构造组合与奥陶系灰岩沟通形成出水通道。
　　采用地面布孔，利用综合注浆技术对突水通道及突水点局部进行封堵，形成一定强度、一定厚度注浆帷幕，隔绝与奥灰水的联系，并加固断层破碎带及围岩。
　　采用小段高多次复注的下行注浆方式，利用KWS提拉式止浆塞达到止浆目的。断层破碎带上部为工艺注浆，段高为2025m，断层破碎带为重点注浆段，段高为1015m.冲积层采用摆锤式钻具组合，即215mm牙轮+159mm钻铤+邦9mm钻杆，开孔做到保直、轻压、大泵量钻进，钻孔进人较完整基岩后，下人68mm套管，采用水泥封闭套管外环间隙。基岩钻进采用0118mm牙轮+102mm加重杆+89mm钻杆钻进组合，钻进冲洗液为清水。
　　该工程采用了先进的定向导斜技术，保证了注浆工程的连续性和目的性，节约了工期和钻孔费用。
　　（1）定向：主要采用JJX―3型和JDT―5型陀螺仪及DX―18型单点定向仪及偏心导斜器，满足了高精度定向导斜孔的施工。
　　（2）造斜钻进：采用随钻可提式导斜器和可取式导斜器造斜，导斜钻成小眼后，经扩孔后使孔径达原径。
　　（1）扩散半径：为保证注浆帷幕强度，本次注浆扩散半径设计为15m，由于本工程属破碎带注浆，其裂隙大小、发育程度等在不同层段、不同方向上差别很大，因此在不同层段、不同方向上扩散距离是不同的，在实际工作中采用不同浆液进行调节。
　　（2）注浆压力：根据资料，突水初期水位为一97m，之后稳定在一155m，为抵抗出水点压力，保证扩散半径，设计注浆压力为静水压力的1.52.0倍，为保证注浆质量，本次采用上限值2.0倍，即注浆压力为3.54.5MPa.（3）浆液种类和浆液配比：浆液种类以单液水泥浆为主，配以水泥一水玻璃双液浆、粘土水泥稠化浆及水泥速凝浆进行综合注浆。水泥浆浓度（水灰比）0. 6：11.25：1.开始时使用单液浓浆或其他浆液，注浆结束时使用1. 25：1的单液稀水泥浆。不同浆液配比及适用范围详见表1.（4）注浆程序：每次注浆施工的顺序为：造孔―下塞―接管路一配浆―注浆―调整注浆参数―注浆结束―压清水―冲洗管路及设备―提塞―养护―扫孔―复注或下一段钻进。
　　（5）扫孔和复注时间：该工程扫孔时间为注浆结束后8h，但以注浆段内浆液能托住钻具为准，否则延长扫孔时间。复注时间定为1624h，较多采用24h. *158*矿山建设工程新进展2005全国矿山建设学术会议文集（下册）表1不同浆液配比及适用范围浆液类型浆液配比适用范围单液水泥浆水灰比（重贵）。6：11. 25：1，添加剂食盐0.5%，三乙醇胺0.05%，均为水泥重贵比正常注浆及结束注浆时水泥水玻璃双液浆水玻璃（42Be）为水泥浆体积的4%8%进浆量很大且注浆不升压粘土水泥稠化浆膨润土：水泥：水为76：40：150，再加入浆液进浆量很大且注浆不升压的初体积3%5%的水玻璃始阶段，或有跑浆现象水泥速凝浆单液水泥浆内加入水泥重贵5%的速凝剂进浆量大且在刚开始升压阶段（6）注浆结束标准：为保证注浆堵水和加固质量，每段注浆结束标准为：注浆压力4.5MPa，浆液浓度（水灰比）不小于1.该工程共施工2个钻孔及2个分支孔，累计钻探工程量857. 5m，共注浆71次，注人浆液1127.9m3，使用水泥996.5t，水玻璃5.该工程施工前，矿井涌水量600m3/h，注浆工程结束后，剩余涌水量仅为10m3/h，堵水率高达98%以上。堵水效果明显，注浆堵水相当成功。
　　该工程结束后，矿方马上进行了生产准备和恢复生产。以提前生产2个月计算，节约排水费用达50余万元，获得了良好的社会效益和经济效益。
　　（1）在井巷工程建设中，若遇见断层破碎带，最好先进行工作面预注浆，做好注浆帷幕，这样可以大幅度降低成本，节约工期。
　　（2）注浆工程施工之前，应首先查清出水水源、过水通道，以便进行有目的的注浆，做到有的放矢。
　　（3）在注浆工程中，地质条件、工程概况必须清楚、准确，技术方案合理，注浆设备、机具、材料、工艺、技术参数优化匹配，才能达到注浆目的，获得良好的注浆效果。
　　工程地质专业，大学本科，高级工程师，现任开漆‘建设集团地矿分公司第二项目部副经理。
　　巷道及硐室的设计与施工。159.